一种能信共传光纤的激光供能方法及其系统与流程

1.本发明属于电力电缆技术领域，具体地涉及一种能信共传光纤的激光供能方法及其系统。


背景技术：

2.基于电子技术的信息采集与信息传输技术是当前物联网终端层的主要技术手段；光纤通信系统，具有单位损耗低和传输距离远、抗电磁干扰能力强，铺设组网简单，通信数据安全可靠等诸多优点，能够较大程度上满足复杂电磁环境下远距离通信的需求，适用于各类环境中的监测应用。但是由于受能源供应等因素限制，特殊环境下例如架空输电线路与地下管廊等，电子式终端通常供能问题引发一系列的不便，存在潜在的安全风险，会影响监测系统运行，进而破坏电网系统的安全有效运转。现有电力物联网中监测与控制远端节点侧供能方式主要包括：1）电力线远程输能，2）太阳能电池板、电磁感应等本地能量搜集等两类。电力线远程输能因存在建设困难等不足，在架空、地下管廊等长距离环境下难以应用；太阳能电池板对自然环境与气象条件等要求苛刻，特别是在阴雨冰雪恶劣天气无法实现能量供给，而磁共振等电磁感应类能量供给方式又存在供电距离受限、高压取电存在短路放电等不足。因此，电力物联网中监测与控制远端节点侧的有效供能是一个重要的技术难题。
3.近年来，如图1所示，光导纤维作为近代光学的一个重要分支，从阶跃折射率分布光纤到复杂折射率分布光纤，从单纯传光到传感各种物理量，继而发展为传输能量。利用光纤传能技术可以实现光通信网络远端节点的光纤化供给，实现能量与信息的共同传输，可以有效解决野外复杂环境中通信网络的快速布设需求，具有重要的应用价值。
4.光纤传能技术是指通过光伏效应把光能直接转换成电能的光电转换过程，其目的是尽可能地将远端传输的激光能量转换为电能输出给传感器终端使用。由于电力系统自动化和智能电网的发展，对中高压输电线路及电力设备进行实时监测变的越发重要，输电设备中智能电子设备和监测的传感器的应用日益广泛。为了准确监测电气设备的多种物理量，大量的、多种类型的传感器节点将密集分布于待测区域内。基于具体实践中，对于不同类型的传感器，其功耗存在明显差异，根据应用的需要和感知的现象，传感器将通过调整采样率及休眠模式减少功耗。此时处理数据的功耗包括由晶体管开关造成的功耗以及由于泄漏电流造成的能量损失。因此，不同传感器类型采集和处理不同大小和类型的数据，所以不同节点对能量的损耗速率是不一样的，对能量的需求量也是不同的，同样的能量在不同传感器的使用时间是不相同的。
5.在2001年，德国弗朗霍夫太阳能研究所利用810纳米波长的光源照射到gaas光伏电池上测得电池的转换效率为50.2%。在2008年，该机构发表了一篇文章指出gaas光伏电池在790纳米至850纳米波段之间的转换效率高，能够输出1w的电功率，但其信号传输距离却有限在100米～1000米之间。如要满足5千米以上远距离供能、以及5千米以上远距离通信的共纤传输需求，使用810纳米中心波长的光源供能虽然输出能量高，但随着传输距离越长，
传输损耗就会越大，因此810纳米中心波长的光源供能方案并不适用于传输距离超过千米量级的供能需求。
6.因此，如何解决现有光纤能信共传过程中难以满足5千米以上远距离供能、以及5千米以上远距离通信的共纤传输需求，尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能信共传光纤的激光供能方法及其系统，通过光纤和光电池、超级电容及节点传感器三者的结合，实现储存变电站侧输送来的能量通过超级电容实现间歇式充电。
8.第一方面，本发明实施例提供一种能信共传光纤的激光供能方法，应用于能信共传光纤的激光供能系统，所述系统包括变电站侧、杆塔侧，所述变电站侧设有激光光源，所述杆塔侧设有与所述激光光源光纤连接的分光器、以及多个传感器节点，所述传感器节点设有与所述分光器光纤连接的波分复用器、光电池和杆塔侧光通信模块，以及节点中央处理芯片；所述方法包括：将在所述变电站侧、所述杆塔侧、以及在所述变电站侧与所述杆塔侧之间的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤，且所述激光能量信号的能量光中心波长在1400纳米以上且大于所述信息通信信号的信息光中心波长；将与所述光电池并联连接超级电容和节点传感器，所述节点传感器与所述杆塔侧光通信模块电性连接在所述节点中央处理芯片上；将所述分光器分成的激光能量信号和信息通信信号经过光纤传输至所述波分复用器；由所述波分复用器区分激光能量信号和信息通信信号分别传输至所述光电池和所述杆塔侧光通信模块；由所述光电池将激光能量信号的光能量转换成电能量输入至所述超级电容；由所述超级电容间歇式供电至所述传感器节点。
9.较佳地，所述方法进一步包括：由所述光电池将光纤中激光能量信号转换成电能量输出给所述超级电容，当所述超级电容处在充电状态时，与所述超级电容并联的节点传感器处于低功耗模式，由所述光电池转换成的电能量传输并存储至超级电容中，所述节点传感器在低功耗模式下每隔预定时间唤醒所述节点中央处理芯片监测所述超级电容引脚两端的电压大小，当监测到所述超级电容两端电压达到放电阈值后，所述超级电容处于放电状态，此时所述传感器节点处于运行模式，所述节点传感器从所述超级电容和所述光电池中同时获取能量，当完成所述运行模式后，所述传感器节点处于低功耗模式，所述超级电容开始充电。
10.较佳地，在每个所述传感器节点安装有多种微瓦量级功耗传感器和/或毫瓦量级功耗传感器。
11.较佳地，在每个所述传感器节点安装有温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器、风速传感器中一种或多种传感器。
12.较佳地，在每个所述传感器节点安装有温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器、风速传感器、摄像头或图像传感器中一种或多种传感器。
13.较佳地，所述光电池采用与ingaas晶格匹配的inp材料制备；其中，所述inp材料对所述能量光中心波长在1400纳米以上波段的激光全透过。
14.第二方面，本发明实施例提供一种能信共传光纤的激光供能系统，所述系统包括变电站侧、杆塔侧，所述变电站侧设有激光光源，所述杆塔侧设有与所述激光光源光纤连接的分光器、以及多个传感器节点，所述传感器节点设有与所述分光器光纤连接的波分复用器、光电池和杆塔侧光通信模块，以及节点中央处理芯片；在所述变电站侧、所述杆塔侧、以及在所述变电站侧与所述杆塔侧之间的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤，且所述激光能量信号的能量光中心波长在1400纳米以上且大于所述信息通信信号的信息光中心波长，以及与所述光电池并联连接超级电容和节点传感器，所述节点传感器与杆塔侧光通信模块电性连接在所述节点中央处理芯片上。
15.较佳地，在所述传感器节点处通过分析光纤中的数据处理来获得传感信号。
16.较佳地，所述光电池采用与ingaas晶格匹配的inp材料制备；其中，所述inp材料对所述能量光中心波长在1400纳米以上波段的激光全透过。
17.较佳地，在每个所述传感器节点安装有温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器、风速传感器、摄像头或图像传感器中一种或多种传感器。
18.本发明实施例提供的能信共传光纤的激光供能方法及其系统中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果：通过分光器将变电站侧同步输送的光能和信号按需分配至不同的传感器节点，传感器节点通过波分复用器将接收的光能以及信号进行拆分，拆分出来的光能存储至光电池中，经过光电转换技术将光电池存储的光能转换成电能存储至超级电容；通过光纤和光电池、超级电容及节点传感器三者的结合，实现储存变电站侧输送过来的能量通过超级电容实现间歇式充电，满足5千米以上远距离供能、以及5千米以上远距离通信的共纤传输用电需求。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为现有技术中的光纤结构示意图；图2为本发明实施例一提供的能信共传光纤的激光供能系统结构框图；图3为本发明实施例一提供的能信共传光纤的激光供能方法流程图；图4为本发明实施例一提供的超级电容充放电局部工作电路图；图5为本发明实施例二提供的能信共传光纤的激光供能系统结构框图；图6为本发明实施例三提供的能信共传光纤的激光供能系统结构框图；图7为本发明实施例四提供的能信共传光纤的激光供能系统结构框图；图8为本发明实施例四提供的能信共传光纤的激光供能方法流程图；图9为本发明实施例五提供的能信共传光纤的激光供能系统结构框图；图10为本发明实施例五提供的能信共传光纤的激光供能方法流程图。
21.附图标记说明：10-变电站侧、11-激光光源；20-杆塔侧、21-接线盒、211-分光器、22-传感器节点、221-波分复用器、222-光电池、223-超级电容、224-杆塔侧光通信模块、225-节点传感器、226-节点中央处理芯片。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明的实施例，而不能理解为对本发明的限制。
23.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
24.实施例一本实施例提供的一种能信共传光纤的激光供能方法，应用于能信共传光纤的激光供能系统。如图2所示，所述能信共传光纤的激光供能系统包括变电站侧10、杆塔侧20。其中，所述变电站侧10设有激光光源11，所述杆塔侧20设有与所述激光光源11光纤连接的分光器211、以及多个传感器节点22。具体地，所述分光器211设置在接线盒21中，所述变电站侧10传输过来的激光能量信号与信息通信信号经所述分光器211按需分配给多个所述传感器节点22。
25.进一步地，每一所述传感器节点22均设有波分复用器221、光电池222、超级电容223、杆塔侧光通信模块224、节点传感器225和节点中央处理芯片226。其中，所述波分复用器221与所述分光器211光纤连接，所述波分复用器221分别与所述光电池222、所述杆塔侧光通信模块224光纤连接，所述光电池222并联连接有所述超级电容223和所述节点传感器225，所述节点传感器225与所述杆塔侧光通信模块224电性连接在节点中央处理芯片226上；其中，所述节点传感器225为微瓦量级功耗传感器。具体地，微瓦量级功耗传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器、风速传感器。本实施例中，在每个所述传感器节点22安装有温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器、风速传感器。需要说明的是，在其它一些实施例中，在每个所述传感器节点安装有温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器、风速传感器中的一种或者多种传感器。
26.如图3所示，本实施例提供的一种能信共传光纤的激光供能方法，应用于能信共传光纤的激光供能系统，由于在所述变电站侧、所述杆塔侧、以及在所述变电站侧与所述杆塔侧之间的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤，所述能信共传的光纤、光电池、以及超级电容三者配置结合才能有效地将激光光源经由光伏电池的转换，并获得满足用电侧用电需求的电功率。基于此，本发明主要适用光纤中激光能量信号的能量光中心波长在1400纳米以上且大于光纤中信息通信信号的信息光中心波长，所述能信共传光纤的激光供能方法具体包括以下步骤：
s101，将在所述变电站侧、所述杆塔侧、以及在所述变电站侧与所述杆塔侧之间的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤，且所述激光能量信号的能量光中心波长在1400纳米以上且大于所述信息通信信号的信息光中心波长；在本发明的一些实施例中，所述光纤中激光能量信号的能量光中心波长在1400～1410纳米、1410～1420纳米、1420～1430纳米、1440～1450纳米、1450～1460纳米、1460～1470纳米、1470～1480纳米、1490～1500纳米、1510～1520纳米、1530～1540纳米、1550～1560纳米、1560～1570纳米、1570～1580纳米、1580～1590纳米、1590～1600纳米、1610～1620纳米、1620～1630纳米、1630～1640纳米、1640～1650纳米、1650～1660纳米、1660～1670纳米、1670～1680纳米、1680～1690纳米、1690～1700纳米等，所述光纤中激光能量信号的能量光中心波长的设定需与所述光电池、超级电容的标称量匹配配置。
27.在本发明的一个较佳实施例中，需要满足5千米远距离供能及5千米远距离通信的共纤传输需求，如使用现有技术中810纳米中心波长的光源供能虽然输出能量高，但随着传输距离越长，传输损耗就会越大，因此该方案不适用于传输距离超过千米量级的供能需求。同时，使用810纳米波段的光源作为本项目的供能源将无法实现一根光纤中能量及信息共纤传输的要求，需要额外增加一根光纤用来作为通信光纤，因为用来传输810纳米波段光的传能光纤为一种特殊的多芯光纤。
28.而本专利申请中采用在所述变电站侧、所述杆塔侧、以及在所述变电站侧与所述杆塔侧之间的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤的单一光纤，且所述激光能量信号的能量光中心波长在1400纳米以上且大于所述信息通信信号的信息光中心波长，并与所述光电池、超级电容相结合，可以实现5千米远距离供能及5千米远距离通信的共纤传输需求，并满足杆塔侧各个传感器节点的用电需求。
29.在本发明的较佳实施例中，为了更适合5千米以上远距离传输能量，所述激光能量信号的能量光中心波长优选为1450纳米，所述信息通信信号的信息光中心波长优选为1310纳米，可满足一根光纤中既传输能量又传输信息，如此当所述光纤的电力光缆长度在5千米及以上时，根据所述光纤、光电池、超级电容匹配设置，经测试得到的输出电功率可满足用电侧用电需求，即多个传感器节点处的用电需求。
30.s102，将与所述光电池并联连接所述超级电容和所述节点传感器，所述节点传感器与所述杆塔侧光通信模块电性连接在所述节点中央处理芯片上。
31.s103，将所述分光器分成的激光能量信号和信息通信信号经过光纤传输至所述波分复用器。
32.s104，由所述波分复用器区分激光能量信号和信息通信信号分别传输至所述光电池和所述杆塔侧光通信模块。
33.s105，由所述光电池将激光能量信号的光能量转换成电能量输入至所述超级电容。
34.s106，由所述超级电容间歇式供电至所述传感器节点。
35.其中，由所述光电池将光纤中激光能量信号转换成电能量输出给所述超级电容，当所述超级电容处在充电状态时，与所述超级电容并联的所述节点传感器处于低功耗模式，由所述光电池转换成的电能量传输并存储至超级电容中，所述节点传感器在低功耗模式下每隔预设时间唤醒所述节点中央处理芯片监测所述超级电容引脚两端的电压大小，当
监测到所述超级电容两端电压达到放电阈值后，所述超级电容处于放电状态，此时所述传感器节点处于运行模式，所述节点传感器从所述超级电容和所述光电池中同时获取能量，当完成所述运行模式后，所述传感器节点处于低功耗模式，所述超级电容开始充电。
36.进一步地，如图4所示的所述超级电容223充放电的局部工作电路图。所述超级电容223充放电过程为：所述光电池222、所述超级电容223以及所述节点传感器225三者并联，p1处的所述光电池222将中心波长为1450纳米的能量光转换为电能量输出给所述超级电容223及所述节点传感器225。当超级电容223处在充电状态时，此时与所述超级电容223并联的所述节点传感器225处于低功耗模式，在低功耗模式下，所述节点传感器225整体电阻达兆欧量级，仅需微安电流维持低功耗模式，故所述光电池222的大部分能量都会传输存储到所述超级电容223中。与此同时，所述节点传感器225在低功耗模式下会每隔一定时间唤醒系统监测所述超级电容223引脚两端电压大小，当所述节点传感器225明确所述超级电容223两端电压达到放电阈值后，所述超级电容223开始放电。当所述超级电容223处在放电状态时，此时所述节点传感器225处于运行模式，所述节点传感器225整体电阻不再维持兆欧量级，会在百欧、千欧量级波动，微安量级电流已经不满足所述节点传感器225正常稳定工作需要，所述节点传感器225会从所述超级电容223和所述光电池222中同时获取能量，其中所述超级电容223提供的能量占主要部分，当完成整个运行模式后，所述节点传感器225重新进入低功耗模式，所述超级电容223开始充电。
37.在一些实施例中，所述光电池采用与ingaas晶格匹配的inp材料制备，所述inp材料对所述能量光中心波长在1400纳米以上的激光全透过，如此光纤、光电池和超级电容三者结合，可以满足能信共传光纤用电侧用电需求。当所述光纤中激光能量信号的能量光中心波长为1450纳米，所述信息通信信号的信息光中心波长为1310纳米，由于在同一光纤光缆中通过波长为1450纳米的激光能量信号与波长为1310纳米的信息通信信号会呈现复杂的非线性光折射现象，基于这样的光纤、光电池和超级电容三者配置结合，在所述光纤的电力光缆长度在5千米时，经测试得到的输出电功率可满足用电侧用电需求，即多个传感器节点处的用电需求。
38.通过上述步骤，分光器将变电站侧同步输送的光能和信号按需分配至不同的传感器节点，传感器节点通过波分复用器将接收的光能以及信号进行拆分，拆分出来的光能存储至光电池中，经过光电转换技术将光电池存储的光能转换成电能存储至超级电容；通过光纤和光电池、超级电容及节点传感器三者的结合，实现储存变电站侧输送过来的能量的超级电容实现间歇式充电，以解决现有光纤能信共传过程中传输给用电侧的能量不足于满足用电侧用电需求的技术问题。
39.实施例二本实施例提供的一种能信共传光纤的激光供能方法，应用于能信共传光纤的激光供能系统。如图5所示，所述能信共传光纤的激光供能系统包括变电站侧10、杆塔侧20。其中，所述变电站侧10设有激光光源11，所述杆塔侧20设有与所述激光光源11光纤连接的分光器211、以及多个传感器节点22。具体地，所述分光器211设置在接线盒21中，所述变电站侧10传输过来的激光能量信号与信息通信信号经所述分光器211按需分配给多个所述传感器节点22。
40.进一步地，每一所述传感器节点22均设有波分复用器221、光电池222、超级电容
223、杆塔侧光通信模块224、节点传感器225和节点中央处理芯片226。其中，所述波分复用器221与所述分光器211光纤连接，所述波分复用器221分别与所述光电池222、所述杆塔侧光通信模块224光纤连接，所述光电池222并联连接有所述超级电容223和所述节点传感器225，所述节点传感器225与所述杆塔侧光通信模块224电性连接在节点中央处理芯片226上；其中，所述节点传感器225为毫瓦量级功耗传感器。具体地，毫瓦量级功耗传感器包括摄像头、图像传感器。本实施例中，在每个所述传感器节点安装有摄像头、图像传感器。需要说明的是，其它实施例中，在每个所述传感器节点安装有摄像头、图像传感器中的一种或者多种传感器。
41.在本发明的实施例中，所述节点传感器225为电子式传感器，则通过所述节点中央处理芯片226获得电子式的所述节点传感器225的传感数据进行分析处理来获得传感信息。
42.在本实施例中，提供一种采用电子式节点传感器和节点中央处理芯片226的能信共传光纤的激光供能方法，具体包括以下步骤：s201，将在所述变电站侧、所述杆塔侧、以及在所述变电站侧与所述杆塔侧之间的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤，且所述激光能量信号的能量光中心波长在1400纳米以上且大于所述信息通信信号的信息光中心波长；其中，为了更佳地适合远距离传输能量，所述激光能量信号的能量光中心波长优选为1450纳米，所述信息通信信号的信息光中心波长优选为1310纳米。
43.s202，将与所述光电池并联连接所述超级电容和所述节点传感器，所述节点传感器与所述杆塔侧光通信模块电性连接在所述节点中央处理芯片上。
44.s203，将所述分光器分成的激光能量信号和信息通信信号经过光纤传输至所述波分复用器。
45.s204，由所述波分复用器区分激光能量信号和信息通信信号分别传输至所述光电池和所述杆塔侧光通信模块。
46.s205，由所述光电池将激光能量信号的光能量转换成电能量输入至所述超级电容。
47.s206，由所述超级电容间歇式供电至所述传感器节点。
48.其中，由所述光电池将光纤中激光能量信号转换成电能量输出给所述超级电容，当所述超级电容处在充电状态时，与所述超级电容并联的所述节点传感器处于低功耗模式，由所述光电池转换成的电能量传输并存储至超级电容中，所述节点传感器在低功耗模式下每隔预定时间唤醒所述节点中央处理芯片监测所述超级电容引脚两端的电压大小，当监测到所述超级电容两端电压达到放电阈值后，所述超级电容处于放电状态，此时所述传感器节点处于运行模式，所述节点传感器从所述超级电容和所述光电池中同时获取能量，当完成整个运行模式后，所述传感器节点处于低功耗模式，所述超级电容开始充电。
49.实施例三本实施例提供的一种能信共传光纤的激光供能方法应用于能信共传光纤的激光供能系统。如图6所示，所述能信共传光纤的激光供能系统包括变电站侧10、杆塔侧20。其中，所述变电站侧10设有激光光源11，所述杆塔侧20设有与所述激光光源11光纤连接的分光器211、以及多个传感器节点22。具体地，所述分光器211设置在接线盒21中，所述变电站
侧10传输过来的激光能量信号与信息通信信号经所述分光器211按需分配给多个所述传感器节点22。
50.进一步地，每一所述传感器节点22均设有波分复用器221、光电池222、超级电容223、杆塔侧光通信模块224、节点传感器225和节点中央处理芯片226。其中，所述波分复用器221与所述分光器211光纤连接，所述波分复用器221分别与所述光电池222、所述杆塔侧光通信模块224光纤连接，所述光电池222并联连接有所述超级电容223和所述节点传感器225，所述节点传感器225与所述杆塔侧光通信模块224电性连接在节点中央处理芯片226上；其中，所述节点传感器225为微瓦量级功耗传感器和毫瓦量级功耗传感器混合。具体地，微瓦量级功耗传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器、风速传感器；毫瓦量级功耗传感器包括摄像头、图像传感器。本实施例中，在每个所述传感器节点22安装有温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器、风速传感器、摄像头、图像传感器。需要说明的是，其它实施例中，在每个所述传感器节点安装有温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器、风速传感器、摄像头、图像传感器中的一种或者多种传感器。
51.在本发明的实施例中，所述节点传感器225为电子式传感器，则通过节点中央处理芯片226获得电子式节点传感器的传感数据进行分析处理来获得传感信息。
52.在本实施例中，提供一种采用电子式节点传感器和节点中央处理芯片226的具体包括以下步骤：s301，将在所述变电站侧、所述杆塔侧、以及在所述变电站侧与所述杆塔侧之间的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤，且所述激光能量信号的能量光中心波长在1400纳米以上且大于所述信息通信信号的信息光中心波长；其中，为了更佳地适合远距离传输能量，所述激光能量信号的能量光中心波长优选为1450纳米，所述信息通信信号的信息光中心波长优选为1310纳米。
53.s302，将与所述光电池并联连接所述超级电容和所述节点传感器，所述节点传感器与所述杆塔侧光通信模块电性连接在所述节点中央处理芯片上。
54.s303，将所述分光器分成的激光能量信号和信息通信信号经过光纤传输至所述波分复用器。
55.s304，由所述波分复用器区分激光能量信号和信息通信信号分别传输至所述光电池和所述杆塔侧光通信模块。
56.s305，由所述光电池将激光能量信号的光能量转换成电能量输入至所述超级电容。
57.s306，由所述超级电容间歇式供电至所述传感器节点；其中，由所述光电池将光纤中激光能量信号转换成电能量输出给所述超级电容，当所述超级电容处在充电状态时，与所述超级电容并联的所述节点传感器处于低功耗模式，由所述光电池转换成的电能量传输并存储至超级电容中，所述节点传感器在低功耗模式下每隔预定时间唤醒所述节点中央处理芯片监测所述超级电容引脚两端的电压大小，当监测到所述超级电容两端电压达到放电阈值后，所述超级电容处于放电状态，此时所述传感器节点处于运行模式，所述节点传感器从所述超级电容和所述光电池中同时获取能量，当完成整个运行模式后，所述传感器节点处于低功耗模式，所述超级电容开始充电。
58.实施例四本实施例提供的一种能信共传光纤的激光供能方法，应用于能信共传光纤的激光供能系统。如图7所示，所述能信共传光纤的激光供能系统包括变电站侧10、杆塔侧20。其中，所述变电站侧10设有激光光源11，所述杆塔侧20设有与所述激光光源11光纤连接的分光器211、以及多个传感器节点22。具体地，所述分光器211设置在接线盒21中，所述变电站侧10传输过来的激光能量信号与信息通信信号经所述分光器211按需分配给多个所述传感器节点22。
59.进一步地，每一所述传感器节点22均设有波分复用器221、光电池222、超级电容223、杆塔侧光通信模块224和节点传感器225。其中，所述波分复用器221与所述分光器211光纤连接，所述波分复用器221分别与所述光电池222、所述杆塔侧光通信模块224光纤连接，所述光电池222并联连接有所述超级电容223和所述节点传感器225。
60.在本实施例中，所述能信共传光纤的激光供能系统在云计算服务架构下，所述节点传感器225为虚拟节点传感器，也就是说，所述虚拟节点传感器为非电子式传感器，如光纤传感器，即在所述传感器节点处通过分析光纤中的数据处理来反应传感状态，而在所述杆塔侧20的接线盒中使用统一的节点中央处理芯片来对多个传感器节点处的数据进行处理，即获取各个传感器节点处的虚拟节点传感器的传感信号。
61.基于如图7在杆塔侧20的接线盒中使用统一的节点中央处理芯片、以及在各传感器节点处采用虚拟节点传感器的系统架构，本实施例采用如图8所示，本实施例提供的一种能信共传光纤的激光供能方法，具体包括以下步骤：s401，将在所述变电站侧、所述杆塔侧、以及在所述变电站侧与所述杆塔侧之间的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤，且所述激光能量信号的能量光中心波长在1400纳米以上且大于所述信息通信信号的信息光中心波长；s402，将与所述光电池并联连接所述超级电容；s403，将所述分光器分成的激光能量信号和信息通信信号经过光纤传输至波分复用器；s404，由所述波分复用器区分激光能量信号和信息通信信号分别传输至所述光电池和所述光通信模块；s405，由所述光电池将激光能量信号的光能量转换成电能量输入至所述超级电容；s406，由所述超级电容间歇式供电至所述传感器节点；其中，由所述光电池将光纤中激光能量信号转换成电能量输出给所述超级电容，当所述超级电容处在充电状态时，与所述超级电容并联的所述节点传感器处于低功耗模式，由所述光电池转换成的电能量传输并存储到所述超级电容中；当所述超级电容两端电压达到放电阈值后，所述超级电容处于放电状态，此时所述传感器节点处于运行模式，所述节点传感器从所述超级电容和所述光电池中同时获取能量，当完成所述运行模式后，所述传感器节点处于低功耗模式，所述超级电容开始充电。
62.在一些实施例中，所述光电池采用与ingaas晶格匹配的inp材料制备，所述inp材料对所述能量光中心波长在1400纳米以上的激光全透过，如此光纤、光电池和超级电容三者结合，可以满足能信共传光纤用电侧用电需求。当所述光纤中激光能量信号的能量光中
心波长为1450纳米，所述信息通信信号的信息光中心波长为1310纳米，基于这样的光纤、光电池和超级电容三者配置结合，在所述光纤的电力光缆长度在5千米时，经测试得到的输出电功率可满足用电侧用电需求，即多个传感器节点处的用电需求。
63.实施例五本实施例提供的一种能信共传光纤的激光供能方法，应用于能信共传光纤的激光供能系统。如图9所示，所述能信共传光纤的激光供能系统包括变电站侧10、杆塔侧20。其中，所述变电站侧10设有激光光源11，所述杆塔侧20设有与所述激光光源11光纤连接的接线盒21、以及与所述接线盒21光纤连接的节点传感器225，所述接线盒21设有与所述激光光源11光纤连接的波分复用器221、光电池222、节点中央处理芯片226、以及分光器211。
64.具体地，所述分光器211设置在接线盒21中，所述变电站侧10传输过来的激光能量信号与信息通信信号经过所述分光器211按需分配给多个所述节点传感器225。
65.进一步地，所述接线盒中波分复用器221一端与所述杆塔侧20激光光源11光纤连接，另一端分别与所述光电池222、所述杆塔侧光通信模块光纤连接，且与所述光电池222并联连接有超级电容223和节点中央处理芯片226；其中，所述杆塔侧光通信模块、节点中央处理单元、以及信息采集转化单元统一设置在所述节点中央处理芯片226上。
66.在本实施例中，所述能信共传光纤的激光供能系统在云计算服务架构下，所述节点传感器225为虚拟节点传感器，也就是说，所述虚拟节点传感器为非电子式传感器，如光纤传感器，即在所述传感器节点处通过分析光纤中的数据处理来反应传感状态，而在所述杆塔侧20的接线盒中使用统一的节点中央处理芯片226来对多个传感器节点处的数据进行处理，即获取各个传感器节点处的虚拟节点传感器的传感信号。
67.基于如图9在杆塔侧20的接线盒中使用统一的节点中央处理芯片226、以及在各传感器节点处采用虚拟节点传感器的系统架构，本实施例采用如图10所示，本实施例提供的一种能信共传光纤的激光供能方法，具体包括以下步骤：s501，将在所述变电站侧、所述杆塔侧、以及在所述变电站侧与所述杆塔侧之间的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤，且所述激光能量信号的能量光中心波长在1400纳米以上且大于所述信息通信信号的信息光中心波长；s502，将与所述光电池并联连接超级电容、以及节点中央处理芯片；s503，将所述变电站侧的激光能量信号和信息通信信号经过光纤传输至所述接线盒的波分复用器；s504，由所述波分复用器区分激光能量信号和信息通信信号分别传输至所述光电池和所述节点中央处理芯片；s505，由所述光电池将激光能量信号的光能量转换成电能量输入至所述超级电容，通过所述超级电容供电至所述节点中央处理芯片及传感器节点；其中，当所述超级电容处在充电状态时，与所述超级电容并联的所述传感器节点处于低功耗模式，由所述光电池转换成的电能量传输并存储到所述超级电容中；当所述超级电容两端电压达到放电阈值后，所述超级电容处于放电状态，此时所述传感器节点处于运行模式，所述传感器节点从所述超级电容和所述光电池中同时获取能量，当完成所述运行模式后，所述传感器节点处于低功耗模式，所述超级电容开始充电。
68.在一些实施例中，所述光电池采用与ingaas晶格匹配的inp材料制备，所述inp材
料对所述能量光中心波长在1400纳米以上的激光全透过。
69.需要注意的是，在本发明上述实施例中如图2、图5、图6、图7、及图9所示的在所述变电站侧与所述杆塔侧之间的电力光缆为一根或多根光纤，且每根光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤，且所述激光能量信号的能量光中心波长在1400纳米以上且大于所述信息通信信号的信息光中心波长，如此通过光纤、光电池和超级电容三者结合，可以满足能信共传光纤用电侧用电需求。当所述光纤中激光能量信号的能量光中心波长为1450纳米，所述信息通信信号的信息光中心波长为1310纳米，基于这样的光纤、光电池和超级电容三者配置结合，在所述光纤的电力光缆长度在5千米时，经测试得到的输出电功率可满足用电侧用电需求，即多个传感器节点处的用电需求。
70.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。